Giải pháp cung cấp tài nguyên truyền thông phân tán

Bài viết Giải pháp cung cấp tài nguyên truyền thông phân tán đề xuất cải tiến các thuật toán cung cấp tài nguyên truyền thông phân tán trong nghiên cứu của mình áp dụng cho hệ phân tán. Bài viết hữu ích với các bạn chuyên ngành Công nghệ thông tin.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giải pháp cung cấp tài nguyên truyền thông phân tán Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia lần thứ VIII về Nghiên cứu cơ bản và ứng dụng Công nghệ thông tin (FAIR); Hà Nội, ngày 9-10/7/2015 GIẢI PHÁP CUNG CẤP TÀI NGUYÊN TRUYỀN THÔNG PHÂN TÁN Đặng Hùng Vĩ1, Lê Văn Sơn1 Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng dhungvi@ued.udn.vn, levansupham2004@yahoo.com 1 TÓM TẮT - Hiện nay, hệ phân tán đã và đang được nghiên cứu, triển khai trong các hệ thống ảo hóa. Các giải pháp kỹ thuật đảm bảo tính gắn bó dựa vào hợp lực giữa các máy chủ bên trong hệ. Hợp lực trong hệ phân tán chủ yếu sử dụng cơ chế truyền thông điệp (message passing) trong mạng. Nhược điểm của vấn đề hợp lực là các thông điệp được tiếp nhận không theo trật tự bởi độ trễ truyền thông gây ảnh hưởng đến xử lý trong hệ. Bên cạnh đó, thông điệp truyền trong môi trường truyền thông có thể bị mất, phân mảnh và trùng lặp. Do đó, cần phải xây dựng bộ cung cấp tài nguyên truyền thông để đảm bảo trật tự và tối ưu truyền thông điệp. Vì vậy, chúng tôi đề xuất cải tiến các thuật toán cung cấp tài nguyên truyền thông phân tán trong nghiên cứu của mình áp dụng cho hệ phân tán. Từ khóa - Hệ phân tán, lưu lượng cực đại, cung cấp tài nguyên truyền thông, truyền thông điệp. I. ĐẶT VẤN ĐỀ Hệ phân tán và các ứng dụng của hệ được nghiên cứu và triển khai trên với quy mô lớn, đáp ứng số lượng lớn người dùng truy cập. Bốn thực thể của hệ phân tán thể hiện Hình 1, hệ thống này bao gồm các máy chủ kết nối qua hệ thống truyền thông dưới sự điều hành thống nhất của một hệ điều hành gọi là hệ điều hành phân tán [1]. Hệ thống phần mềm Tập hợp phần cứng Hệ thống truyền thông Hệ thống dữ liệu Hình 1. Bốn thực thể của hệ tin học phân tán Các hoạt động của hệ thống phân tán bao gồm tập các tiến trình cung cấp tài nguyên dùng chung được trao đổi bởi môi trường truyền thông. Độ trễ trong mạng truyền thông là hữu hạn nhưng không thể đoán trước và các bộ vi xử lý không chia sẻ một bộ nhớ chung toàn cục; giao tiếp duy nhất trong hệ bằng cách truyền thông điệp qua mạng [2]. Do đó, môi trường truyền thông có thể cung cấp các thông điệp không theo trật tự; thông điệp có thể bị mất, bị phân mảnh, hoặc trùng lặp do độ trễ, hết thời gian chờ và yêu cầu phát lại. Bên cạnh đó, các tiến trình có thể thất bại và các liên kết truyền thông có thể mất kết nối. Hệ phân tán không có đồng hồ vật lý toàn cục để các tiến trình có thể truy cập tức thời, do đó hệ phải sử dụng đồng hồ riêng là đồng hồ lô gic để gắn giá trị và đồng bộ tiến trình trên các máy chủ hay còn gọi là nhãn thời gian lô gic. Tuy nhiên, các nhãn đồng hồ này phải được cập nhật và nhất quán trên tất cả các trạm, nếu không việc xử lý thông điệp sẽ bị sai và hoạt động của hệ bị sai trật tự theo lý thuyết trật tự như Hình 2 [1]. Qua đó cho thấy, thực thể hệ thống truyền thông theo Hình 1 đóng vai trò quan trọng trong quá trình thiết kế các ứng dụng và điều khiển hệ phân tán. Các thực thể khác như hệ thống phần mềm, dữ liệu đóng vai trò điều hành và đảm bảo tính gắn bó giữa các máy chủ thông qua hợp lực. Các đặc tính của hệ phân tán thể hiện như sau: - Đáp ứng truy cập tài nguyên số lượng lớn là hệ thống đảm bảo tính toán số lượng truy cập người dùng, hệ thống này sẽ cảnh báo tắc nghẽn và chuyển truy cập người dùng sang máy chủ khác có khối lượng xử lý ít hơn để đảm bảo truy cập. Hệ thống cảnh báo này gọi là bộ phân phối tải. - Tính trong suốt phân tán thể hiện ở đặc tính người dùng chỉ quan tâm là tài nguyên mình đăng ký truy cập có dễ dàng và có được chấp nhận hay không mà không cần quan tâm đến những hoạt động diễn ra bên trong hệ. - Tính gắn bó là một trong những đặc điểm quan trọng của hệ, một tài nguyên dùng chung chỉ cung cấp duy nhất và trạng thái này phải giống nhau trên tất cả các máy chủ. Để đảm bảo tính gắn bó này, sự hợp lực giữa các máy chủ phải giải quyết được tương tranh, phòng tránh bế tắc và thống nhất giữa các máy chủ, đồng thời thực hiện trên cùng một giải thuật. - Tính mở là khả năng tăng các máy chủ xử lý khi số lượng truy cập của các máy chủ đã đạt tới hạn có khả năng xảy ra tắc nghẽn bởi các máy chủ không thể tự tăng tài nguyên của mình lên được nữa do giới hạn về khả năng phần cứng. 268 GIẢI PHÁP CUNG CẤP TÀI NGUYÊN TRUYỀN THÔNG PHÂN TÁN - Tính chịu lỗi là khi một hay nhiều máy chủ bị sự cố rời khỏi và vào lại hệ sau khi đã khôi phục thì yêu cầu tính gắn bó phải đảm bảo cho toàn hệ. Hệ dừng khi tất cả các máy chủ trong hệ dừng hoạt động. Hình 2. Nhãn thời gian thông điệp không theo trật tự Hệ phân tán phụ thuộc vào môi trường truyền thông có độ trễ là một trong những vấn đề quan tâm đó là trật tự thông điệp tiếp nhận và xử lý trên các máy chủ. Các trật tự này phải đảm bảo nhất quán giữa các máy chủ sao cho quá trình thực thi thông điệp dẫn đến gắn bó trong toàn hệ. Đối với hệ phân tán phức tạp kết nối ngang hàng chia sẻ tài nguyên dùng chung, khi một tài nguyên được cung cấp cho người dùng thì tất cả máy chủ khác đều nhận biết và cung cấp tài nguyên duy nhất. Dựa trên nguyên lý này, hệ phân tán có thể cố định số lượng hoặc tăng lên tùy thuộc vào nhu cầu truy cập thực tế từ người dùng. Tính phức tạp của hệ tăng lên khi tài nguyên gần tới hạn dẫn đến tương tranh càng lớn, hệ rất dễ xảy ra bế tắc và thiếu thốn tài nguyên vô hạn. Theo nguyên lý thiết kế các chiến lược đồng bộ hóa các tiến trình trong [1] đưa ra các chiến lược cung cấp tài nguyên trong hệ phân tán nhằm đảm bảo tính gắn bó trên cơ sở nhờ dấu. Để thực thi giải pháp vừa nêu trong hệ, các máy chủ liên lạc với nhau theo nhóm để thực hiện truyền thông thông điệp, đây chính là phương thức truyền multicast [3-6]. Tuy nhiên, hai thách thức cơ bản được đưa ra trong nghiên cứu giải pháp cung cấp tài nguyên truyền thông phân tán là trùng lặp thông tin tại tập đích và trùng lặp đường dẫn định tuyến [7, 8]. Như vậy, cần thiết phải xây dựng bộ cung cấp tài nguyên truyền thông để giải quyết hai hạn chế vừa nêu. Bộ cung cấp tài nguyên truyền thông phân tán tập trung vào các xử lý cơ bản là cung cấp giá trị đồng hồ l ...